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1、基于Pro/E的典型钣金零件的建模与加工模拟摘 要： 本次课题完成了Pro/E钣金模型的建立、制造工艺和工序的规划、折弯和冲孔仿真动画的制作。折弯动画是通过对模型折弯角度的修改，结合第三方截图软件进行制作，冲孔动画是通过Pro/E的动画模块进行制作。本文主要阐述了建模和仿真的主要流程，对其中的重点和难点进行了系统分析。模型的建立和仿真动画的制作，完整的模拟了钣金冲孔和折弯的过程。解决了实际生产中用图片和文字描述加工过程的局限性。关键词：钣金，建模，仿真Modeling and Processing Simulation of Typical Sheet Metal PartsAbstract:
2、 this subject completes the modeling of Pro/E sheet metal, planning of manufacturing technique and procedure, production of bending and punching simulating animation. Bending animation is developed by the Pro/E animation module. This paper mainly illustrates the major procedure of modeling and simul
3、ation, and also makes systematical analysis on the key and difficult points. The establishment of model and development of simulation animation completely simulate the process of sheet metals punching and bending, and also solve the limitation of describing the processing by pictures and characters
4、in real production.Keyword: Sheet Metal, Modeling, Simulation目录1绪论11.1课题的研究意义11.2国内外钣金加工研究的现状11.3本课题主要研究的内容12钣金冲压工艺设计32.1冲压的特点32.2冲压基本工序32.3零件的冲裁工艺分析32.4钣金件折弯的工序安排43建模63.1第一钣金壁的创建63.2外部对称附加钣金壁的创建73.3外部其余附加钣金壁的创建93.4内部附加钣金壁的创建113.5冲孔的创建134仿真动画的制作174.1折弯仿真174.1.1创建折弯顺序174.1.2修改模型草图184.1.3利用GIF软件进行截图22
5、4.2冲孔仿真234.2.1建立钣金展开图234.2.2建立填充模型244.2.3创建装配图254.2.4制作仿真动画265总结28参考文献29致谢311绪论1.1课题的研究意义随着工业生产和科学技术的发展，市场需求的增加和市场竞争的加剧，以及产品更新换代速度的加快，产品生产正向高质量、低成本、短交货期的方向发展。这就要求机械加工具备更短的加工周期，更低的生产成本和更高的加工质量。钣金加工是机械加工中常见的加工工序，钣金件无论是在工业企业、家用电器、航空航天等领域都有着广泛的用途。同机械加工零件相比，钣金类加工零件具有形状复杂多变，加工精度较低、加工速度快、生产周期短等明显优势。尤其随着CAD
6、/CAM的快速发展，钣金件的设计、加工也在进行着深刻的改革，钣金加工设备已由过去的简单。精度低的半自动化设备进化为全自动化的数控加工设备。钣金件在产品设计生产中的比重也越来越大，成为提升成套产品加工质量和市场竞争力的重要砝码。1.2国内外钣金加工研究的现状华中科技大学丁静对钣金工件折弯工艺进行了深入研究。自主开发了一套钣金工件折弯工艺优化系统。该系统具有弯曲件的三维绘制、旋转操作、工件自动展开、弯曲工序的自动编排及加工模拟等功能。华中理工大学的陈伟栋,陈立平针对钣金零件的特点,对钣金件进行了特征的分类,并采用面向对象的建模技术提出了钣金件的特征类体系和产品特征模型.并根据该模型对钣金零件进行了
7、描述,设计出相应的展开算法.东华大学的金霞，许超，孙庆鸿对钣金类零件特征研究基础上，对实现智能化、自动化钣金CAM的模型表示层、特征及系统结构作了探讨，为发展新一代钣金 CADCAM提供了重要的参考。1.3本课题主要研究的内容本课题主要利用Pro/E软件对典型的钣金零件进行建模，制定工艺流程，并依据工艺流程制作钣金冲孔和折弯的仿真动画，实现钣金的加工模拟。第二章分析了钣金工艺的合理性，制定了工艺流程；第三章简述了建模的流程，对建模过程中的重点和难点进行的分析；第四章简述了利用Pro/E内的钣金模块、装配模块、动画模块制作折弯和冲孔动画的流程，并讲解了其中的重点和难点。图1.1 典型钣金零件2钣
8、金冲压工艺设计2.1冲压的特点冲压加工是利用安装在压力机上的模具，对板料施加压力，使板料在模具里产生变形或分离，从而获得一定形状、尺寸和性能的产品零件的生产技术。由于冲压加工经常在常温状态下进行，因此也称为冷冲压。冷冲压是金属压力加工方法之一，它是建立在金属塑性变形理论基础上的材料成型工程技术。冲压加工的原材料一般为板料，所以也称为板料冲压。冲压生产靠模具和压力机完成加工过程，与其他加工方法相比，在技术和经济方面有如下特点：冲压件的尺寸精度由模具来保证，所以质量稳定，互换性好；由于利用模具加工，所以可获得其他加工方法所不能或难以制造的薄壁、重量轻、刚性好、表面质量高、形状复杂的零件；冲压加工一
9、般不需要加热毛坯，也不像切削加工那样大量切削金属，所以他不但节能而且节约金属；普通压力机每分钟可生产几十个零件，高速压力机每分钟可生产几百至上千个零件，所以冲压生产是一种高效率的加工方法。2.2冲压基本工序冲压基本工序概况起来可以分为两大类，即分离工序和变形工序。分离工序是指板料按一定的轮廓线分离而得到一定形状、尺寸和切断面质量的冲压件工序，可分为冲孔、落料、切边等。变形工序是使冲压件在不破坏其完整性的条件下发生塑性变形，转化成所要求的制件形状的工序，可分为弯曲、拉伸、翻孔、翻边、胀形、缩口等。本课题中钣金零件冲压工序制定：落料冲孔弯曲。2.3零件的冲裁工艺分析冲裁件的工艺性是指冲裁件的材料、
10、形状、尺寸精度等方面是否适应冲裁加工的工艺要求。影响冲裁件工艺性的因素很多，在本节我主要分析课题钣金件的结构形状与尺寸工艺是否合理。钣金展开图，如图2.1所示。对冲裁件的结构形状与尺寸的要求：（1）冲裁件的形状应力求简单、规则，使排样时废料最少。（2）冲裁件内、外形的转角处要尽量避免尖角，应以圆弧过渡，减少热处理开裂，减少冲裁时尖角处的崩刃和过快磨损。如无特殊要求，在各直线或曲线的链接处允许有R0.25t=0.250.5=0.125的圆角过渡，图2.1中钣金件过渡圆弧半径为2，符合要求。（3）冲裁件的形状应尽量避免有过长的凸出悬臂和过窄的凹槽。对于软钢、黄铜等材料，其宽度b1.5t=1.51=
11、1.5，高碳钢或合金钢等硬材料b2t=21=2，板料厚度t1mm时按1mm考虑，图2.1中钣金件的最小凹槽宽度为3.5，符合要求。悬臂和凹槽长度最大为5b，对于软钢、黄铜等材料，5b=51.5=7.5，高碳钢或合金钢等硬材料5b=52=10，对于图2.1中钣金件折弯后的悬臂长度为9.93，只符合高碳钢等硬材料的要求。（4）为避免工作的变形，冲裁件的最小孔边距不能过小，c（11.5）t=0.50.75，图中最小孔边距为1.4，符合要求。（5）在弯曲件或拉深件上冲孔时，孔边与直壁之间应保持一定距离，以避免冲孔时凸模受水平推力而折断，图2.1中钣金件冲孔时为展平状态，所以不考虑此项要求。（6）冲孔时
12、，因受凸模强度的限制，孔的尺寸不应太小，冲圆孔时高碳钢或合金钢d1.5t=0.75，图2.1中钣金件最小孔直径为1.2，符合要求。钣金件分析的结果为：没有明显的工艺缺陷，由于内部结构中有悬臂的存在，适合选取较硬的材料，如高碳钢或合金钢进行生产制造。2.4钣金件折弯的工序安排弯曲件的工序安排应根据工件形状的复杂程度、精度高低、生产批量及材料的力学性能等因素综合考虑。合理的弯曲工序安排，工序少、质量高、生产效率高、生产成本低。弯曲件的工序安排原则：（1）形状简单、精度不高的弯曲件，如V形，U形、Z形件等，可以一次弯曲成形。（2）形状复杂的零件，一般需要采用两次或多次弯曲成形。一般先弯外角，后弯内角
13、。前次弯曲要给后次弯曲留出可靠的定位，并保证后次弯曲不破坏前次已弯的形状。（3）对于批量大、尺寸较小的弯曲件，为了提高生产率，可采用多工序的冲裁、弯曲、切断等连续工艺成形。（4）对于单面不对称几何形状的弯曲件，若单个弯曲时毛坯容易发生偏移，可采用成对弯曲成形，弯曲后再切开。折弯工序制定：首先课题钣金件为复杂零件，需要多次成形，需要先弯外角后弯内角，并且前次弯曲要给后次弯曲留出可靠的定位，并保证后次弯曲不破坏前次已弯的形状。其次钣金件有对称的部分，为了提高生产率对称部分需要同时折弯。如图2.1所示制定的折弯步骤一共有5步：第一个区域包含折弯1折弯2，分别为V形和Z形弯曲件，可一次成型；第二个区域
14、包含折弯3折弯4，分别为V形和U形弯曲件，需要两步成形，先折弯区域3后折弯区域4，这个区域为对称弯曲件，两边同时成型；第三个区域包含折弯5，它是一个混合型折弯，可以看成一个V形和一个U形折弯，分两步成型。图2.1 钣金折弯部分标注图3建模如果想要对钣金件做全面的分析，建立模型是必不可少的一步工作，建立模型可以把图纸中无法表现的细节以3D形式完整表现出来，使技术人员可以直观的了解所加工零件，方便未知尺寸的测量。在本章我主要讲述利用Pro/E钣金模块对课题钣金件进行建模的过程，以及软件主要按钮的功能说明。建模过程的说明中，会插入面板功能和窗口功能的说明。为了对建模重点和难点分析，会插入一些图片进行
15、讲解。3.1第一钣金壁的创建（1） 新建一个钣金模块：打开pro/ENGINREER Wildfire 5.0，在工具栏中找到新建选项并点击，在弹出的新建对话框中有两个选项组，在类型选项组中选择“零件”选项，在子类型选项组中选择“钣金件”选项，在“名称”文本框中输入文件名，确认“使用缺省模板”复选框中打了勾号，点击确定按钮。（2） 设置显示模式：为了配合之后的讲解需要对钣金的显示模式进行选择，在工具栏中，有四种钣金件的显示模式，分别为线框模式，隐藏线模式，消隐模式和着色模式。这几种模式中前三种显示钣金件的框架，能区别钣金的正反面，正面为白色线框，反面为绿色线框。着色模式与前三种不同，显示实体钣金件，没有正反面的标识。为了配合之后的讲解需要选择前三种模式的其中一种。（3） 创建平整类型的第一钣金壁：平整钣金壁是一个平整的薄板，在创建这类钣金壁时，需要先绘制钣金壁的正面轮廓草图，草图必须为封闭的线条，然后给定钣金厚度即可。点击工具栏中的“插入”选项，在子菜单中依次选择“钣金件壁”“分离的”“平整”命令或点击钣金工具栏中“分离的平整壁”创建按钮。定义草绘平面，在绘制区域中右击，选择“定义内部草绘”命令；选择TOP基准平面作为草绘平面；选取RIGHT基准平面作为参照平面；方向为“右”单击“草绘”按钮。绘制截面草图，
